DE3600578C1 - Device for scanning a flat boundary surface of an object - Google Patents
Device for scanning a flat boundary surface of an objectInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abtastung einer ebenen Begrenzungsfläche eines Gegenstands nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for scanning a plane Boundary surface of an object according to the preamble of Claim 1.
Bei einer nach der US-PS 28 59 653 bekannten Vorrichtung dieser Art sind die beiden Lichtbündel unmittelbar auf die Facetten gerichtet und durchsetzen dabei elektronische Verschlüsse (Modulatoren), die von einer elektronischen Schaltung derart gesteuert sind, daß die Facetten zeitlich gesteuerte Ausschnitte der Lichtbündel auf die Abtastlinie derart umlenken, daß sie im Sinne des Oberbegriffs des Anspruchs 1 aneinanderstoßen oder sich etwas überlappen.In a device of this type known from US Pat. No. 2,859,653 the two light beams are aimed directly at the facets and enforce electronic closures (modulators) that are controlled by an electronic circuit such that the Facets of timed sections of the light beam on the Deflect the scanning line in such a way that it corresponds to the generic term of Bump claim 1 or overlap slightly.
Diese Vorrichtung bedarf somit einer gesonderten elektronischen Schaltung und elektronischer Lichtsteuerelemente. Außerdem gewähr leistet sie nicht, daß die Lichtflecke längs der Abtastlinie stets einen im wesentlichen gleichen Durchmesser und eine im wesentlichen gleiche Beleuchtungsstärke haben.This device therefore requires a separate electronic Circuit and electronic light control elements. Also grant it does not ensure that the light spots are always along the scan line a substantially equal diameter and essentially one have the same illuminance.
Nach der US-PS 42 60 899 ist eine Vorrichtung zur Abtastung einer ebenen Begrenzungsfläche eines Gegenstands mittels zweier in einer Ebene längs einer Abtastlinie über die Begrenzungsfläche geführter Lichtflecke bekannt, die zwei lichtablenkende Facettenanordnungen je 6zähliger Rotationssymmetrie aufweist. Die beiden Facettenanord nungen laufen um ihre Symmetrieachse um. Es sind zwei optische Systeme vorgesehen, die durch mechanisch oder elektronisch gesteuerte Verschlüsse auf jeweils eine Facettenanordnung gerichtet sind. Die Facettenanordnungen haben im Wechsel spiegelnde und nicht spiegelnde Flächen. Die Anordnung ist so getroffen, daß jeweils ein Lichtstrahl auf die Abtastlinie reflektiert wird, der andere jedoch nicht. Im Ergebnis werden die beiden Lichtstrahlen in Winkelbereiche umgelenkt, deren einander zugewandte Grenzen an ihren Durchstoßpunkten auf der Begrenzungsfläche aneinanderstoßen oder sich etwas überlappen.According to US-PS 42 60 899 is a device for scanning a flat boundary surface of an object by means of two in one Plane along a scan line over the boundary surface Light spots known, the two light-deflecting facet arrangements each has 6-fold rotational symmetry. The two facets Solutions revolve around their axis of symmetry. There are two optical ones Systems provided by mechanically or electronically controlled Closures are each directed to a facet arrangement. The Facet arrangements alternate between specular and non-specular Surfaces. The arrangement is such that one light beam each is reflected on the scan line, but the other is not. in the As a result, the two light beams are deflected into angular ranges, whose boundaries face each other at their intersection points on the Bump the boundary surface or overlap slightly.
Auch diese Vorrichtung bedarf gesonderter elektronischer Schaltungen und der genannten elektronischen oder mechanischen Verschlüsse (Modulatoren); überdies ist aber auch noch eine Synchronisierung des Umlaufs der beiden Facettenanordnungen erforderlich.This device also requires separate electronic circuits and the aforementioned electronic or mechanical closures (Modulators); Furthermore, there is also a synchronization of the Circulation of the two facet arrangements required.
Nach der DE-OS 25 21 037 ist eine Vorrichtung zur Abtastung einer ebenen Begrenzungsfläche eines Gegenstands mittels einer Vielzahl im Wechsel zeitlich versetzt längs Abtastlinien über die Begrenzungs fläche geführter Lichtflecke bekannt. Diese Vorrichtung weist eine lichtablenkende Facettenanordnung mehrzähliger Rotationssymmetrie auf, die um ihre Symmetrieachse umläuft. Es ist eine Lichtquelle vor gesehen, die über mehrere halbdurchlässige und voll reflektierende Spiegel den von der Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahl aufteilt und unter verschiedenen Winkeln auf eine räumlich festliegende Stelle der Facettenanordnung richtet, von der aus die verschiedenen Licht bündel über Umlenkspiegel auf ihnen zugeordnete Abtastlinienabschnitte umgelenkt werden. Da noch gesonderte Umlenkspiegel zwischen den ge nannten Umlenkspiegeln und der Begrenzungsfläche vorgesehen sind, werden die Lichtbündel im Wechsel seitlich gegeneinander versetzt, um zu vermeiden, daß die Abtastlinienabschnitte auf der Begrenzungs fläche aneinanderstoßen oder sich etwas überlappen, damit in Licht empfänger, die den einzelnen Abtastlinien zugeordnet sind, keine Fehlsignale gelangen.According to DE-OS 25 21 037 is a device for scanning a flat boundary surface of an object by means of a plurality alternating with time along scanning lines across the boundary area led light spots known. This device has a light-deflecting facet arrangement with multiple rotational symmetry that revolves around its axis of symmetry. It is a light source in front seen over several semi-transparent and fully reflective Mirror divides the light beam emanating from the light source and at different angles to a spatially fixed point the arrangement of facets, from which the different light bundle via deflection mirrors on scan line sections assigned to them be redirected. Since separate deflecting mirror between the ge Deflecting mirrors and the boundary surface are provided, the light beams are alternately offset from one another laterally, to avoid that the scan line sections on the boundary butt face or overlap a little, so in light receivers assigned to the individual scan lines, none False signals arrive.
Nach der US-PS 45 61 717 ist ein optisches Signal zur Informations verarbeitung, insbesondere in Form eines Laserdruckers, bekannt, in dem mittels einer F-R-Objektivanordnung dafür gesorgt wird, daß ein eine Abtastlinie abtastender Lichtfleck stets im wesentlichen den gleichen Durchmesser und die gleiche Beleuchtungsstärke hat.According to US-PS 45 61 717 an optical signal for information processing, in particular in the form of a laser printer, is known, in which it is ensured by means of an F- R lens arrangement that a light line scanning a scanning line is always essentially the same diameter and has the same illuminance.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, die besonders einfach aufgebaut ist, ins besondere keiner gesonderten elektronischen Schaltung bedarf und die Abtastlinie mittels eines Lichtflecks abtastet, der im wesentlichen gleichen Durchmesser und gleiche Beleuchtungsstärke hat. Dabei soll die Vorrrichtung eine verhältnismäßig große Abtastlänge haben und geringe Totzeiten zwischen aufeinanderfolgenden Abtastungen.The object of the invention is a device according to the preamble of claim 1, which is particularly simple to ins particular does not require a separate electronic circuit and the Scans the scanning line by means of a light spot which is essentially has the same diameter and illuminance. In doing so the device has a relatively long scan length and low dead times between successive scans.
Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegeben. The solution to this problem is specified in the characterizing part of claim 1.
Eine einzige Facettenanordnung wird also dazu ausgenützt, mehrere Abschnitte einer Abtastlinie zu erzeugen, wobei die Längen der einzelnen Ab schnitte verhältnismäßig kurz sein können, und dementsprechend kommt man unter vergleichbaren Bedingungen mit geringerer Totzeit, einer kleineren Facettenanordnung und verhältnismäßig kleinen optischen Systemen aus. Dies hat auch zur Folge, daß die Vorrich tung recht kompakt ist.A single facet arrangement is thus used, several Generate sections of a scan line, the lengths of each Ab cuts can be relatively short, and accordingly you get under comparable conditions with less dead time, a smaller facet arrangement and relatively small optical systems. This also means that the Vorrich tion is quite compact.
Bei alledem kommt man ohne eine gesonderte elektronische Schaltung aus und erreicht auch, daß die Abtastlinie mit einem Lichtfleck im wesentlichen gleichbleibenden Durchmessers und gleichbleibender Be leuchtungsstärke abgetastet wird.All of this comes without a separate electronic circuit and also achieves that the scan line with a light spot in the substantially constant diameter and constant loading luminosity is scanned.
Besonders ist die Vorrichtung als Suchgerät für Löcher in einer Bahn geeignet. Besonders einfach wird die Konstruktion der Vorrichtung bei der Ausbildung gemäß Anspruch 2.The device is particularly useful as a search device for holes in a web suitable. The construction of the device is particularly simple in the training according to claim 2.
Um zu erreichen, daß die Abschnitte der Abtastlinie in Flucht liegen, ist bevorzugt eine Ausbildung gemäß Anspruch 3 vorgesehen.To ensure that the sections of the scan line are in alignment, an education according to claim 3 is preferably provided.
Gleichwenn auch die Facetten optisch brechend sein können und dem entsprechend die Lichtbündel aus dem Inneren der Facettenanordnung auf die Facetten einfallen können, ist aus Gründen der Einfachheit doch bevorzugt eine Ausbildung nach Anspruch 4 vorgesehen.Even if the facets can be optically refractive and that correspondingly the light beams from inside the facet arrangement Facing the facets is for simplicity but preferably an education according to claim 4 is provided.
Die Erfindung wird im folgenden an zwei Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnungen beschrieben:The invention is based on two exemplary embodiments Described on the drawings:
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform schematisch im Querschnitt, Fig. 1 shows a first embodiment schematically in cross-section,
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform schematisch im Querschnitt. Fig. 2 shows a second embodiment schematically in cross section.
Die Ausführungsform nach Fig. 1 dient zur Abtastung einer ebenen Be grenzungsfläche 2 eines Gegenstands. Sie weist eine Facettenanordnung 1 mit 7zähliger Rotationssymmetrie auf, nämlich sieben am Umfang eines Zylinders 4 angeordnete, ebene, mit ihren Kanten polygonal aneinander stoßende Spiegelfacetten 6. Symmetrisch beidseitig der Symmetrieachse 11 der Facettenanordnung 1 sind zwei optische Systeme 8, 10 vorgesehen. Jedes dieser optischen Systeme 8, 10 besteht aus einem F-R-Objektiv 12 bzw. 14 und einem Umlenk spiegel 16 bzw. 18. Zwei Lichtbündel 20 bzw. 22 sind entsprechend der Symmetrie der optischen Systeme 8, 10 von schräg oben auf die Facettenanordnung 1 ge richtet. Die Facettenanordnung 1 dreht sich in Richtung des Pfeils A mit konstanter Winkelgeschwindigkeit um ihre Rotationsachse 11. Die von den Spiegelfacetten 6 reflektierten Lichtbündel, die durch die F-R-Objek tive 12, 14 auf die Umlenkspiegel 16, 18 treffen und von diesen auf die Begrenzungsfläche 2 reflektiert werden, sind in unterschiedlichen Winkellagen der Facettenanordnung 1 und diesen entsprechenden Zeit punkten t 1, t 2, t 3, t 4, t 5 dargestellt, wobei t 1 < t 2 < t 3 < t 4 < t 5. Das Lichtbündel 20, das von dem Umlenkspie gel 18 reflektiert worden ist, wandert über die Be grenzungsfläche 2 längs einer Geraden in dem Winkel bereich, der durch t 1 bis t 3 definiert ist.The embodiment of Fig. 1 is used to scan a plane loading surface 2 of an object. It has a facet arrangement 1 with 7zähliger rotational symmetry, namely seven arranged on the circumference of a cylinder 4, level with their edges abutting polygonal mirror facets. 6 Two optical systems 8, 10 are provided symmetrically on both sides of the symmetry axis 11 of the facet arrangement 1 . Each of these optical systems 8, 10 consists of an F- R lens 12 or 14 and a deflecting mirror 16 or 18 . Two light beams 20 and 22 are aligned according to the symmetry of the optical systems 8, 10 from obliquely above the facet arrangement 1 ge. The facet arrangement 1 rotates in the direction of arrow A at a constant angular velocity about its axis of rotation 11 . The light reflected from the mirror facets 6 light beams through the F- R -Objek tive 12, 14 to the deflecting mirror 16, take 18 and are reflected by this to the boundary surface 2 of the facet assembly 1 and these corresponding time are points in different angular positions t 1 , t 2 , t 3 , t 4 , t 5 , where t 1 < t 2 < t 3 < t 4 < t 5 . The light beam 20 , which has been reflected by the Umlenkspie gel 18 , moves over the loading boundary surface 2 along a straight line in the angular range defined by t 1 to t 3 .
Nach t 3 gelangt das Lichtbündel 20 durch das F-R-Objektiv 14 nicht mehr auf die Begrenzungsfläche 2, weil der Bildwinkel des F-R-Objektivs 14 über schritten wird. Zu diesem Zeitpunkt t 3 trifft jedoch das von dem Umlenkspiegel 16 umgelenkte Lichtbündel 22 auf die Stelle 24 der Begrenzungsfläche 2, die gerade noch vom Lichtbündel 20 erleuchtet wurde, weil von dort ab die Reflektion des Lichtbündels 22 an der Spiegelfacette 6 b erfolgt. Das Lichtbündel 22 wandert dann über die Begrenzungsfläche 2 weiter bis t 5 und trifft dann nicht mehr auf die Begren zungsfläche 2, weil es nicht mehr durch das F-R-Objek tiv 12 wegen dessen begrenzten Bildwinkels hindurch treten kann. Daraufhin übernimmt aber dann die Spiegel facette 6 c die Reflektion des Lichtbündels 20, und das Lichtbündel 20 trifft auf die Begrenzungsfläche 2, wie zum Zeitpunkt t 1 .After t 3 , the light beam 20 no longer reaches the boundary surface 2 through the F- R lens 14 because the angle of view of the F- R lens 14 is exceeded. At this time t 3 , however, the light beam 22 deflected by the deflecting mirror 16 strikes the point 24 of the boundary surface 2 which was just just illuminated by the light beam 20 , because from there the reflection of the light beam 22 on the mirror facet 6 b takes place. The light beam 22 then travels over the boundary surface 2 to t 5 and then no longer meets the boundary surface 2 because it can no longer pass through the F- R lens 12 because of its limited image angle. Then the mirror facet 6 c then takes over the reflection of the light bundle 20 , and the light bundle 20 strikes the boundary surface 2 , as at time t 1 .
Das Prinzip ist, daß die beiden optischen Systeme 8, 10 über die Facettenspiegel 6 der Facettenanordnung 1 die Lichtbündel 20, 22 in Winkelbereiche α, β um lenken, deren einander zugewandte Grenzen t 3 sich an ihren Durchtrittspunkten 24 auf der Begrenzungs fläche 2 wenigstens annähernd kreuzen. Dabei liegen im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Lichtbündel 20, 22 in einer ihnen gemeinsamen, orthogonal zur Symmetrieachse 11 der Facettenanordnung 1 verlaufen den Ebene (der Papierebene). Die von den Lichtbündeln 20, 22 auf der Begrenzungsfläche 2 erzeugten Licht flecke stoßen an den einander zugewandten Grenzen t 3 der Winkelbereiche α, β aneinander oder über lappen sich wenigstens annähernd. In diesem Ausfüh rungsbeispiel ist die Anzahl der Spiegelfacetten 6 ungeradzahlig, und daher können die F-R-Objektive 12, 14 koaxial zu einer gemeinsamen optischen Achse 26 angeordnet sein.The principle is that the two optical systems 8 , 10 via the facet mirror 6 of the facet arrangement 1 deflect the light beams 20, 22 into angular ranges α , β , the mutually facing limits t 3 of which at their passage points 24 on the boundary surface 2 are at least approximately cross. In the present exemplary embodiment, the light bundles 20, 22 lie in a plane that is common to them, orthogonal to the axis of symmetry 11 of the facet arrangement 1 , the plane (the paper plane). The light spots generated by the light bundles 20, 22 on the boundary surface 2 meet at the mutually facing limits t 3 of the angular ranges α, β or overlap at least approximately. In this example, the number of mirror facets 6 is odd, and therefore the F- R lenses 12, 14 can be arranged coaxially to a common optical axis 26 .
Um einen Hinweis auf die in Betracht kommenden Ab messungen zu geben: Beträgt der Winkel R (der halbe Bildwinkel der F-R-Objektive 12, 14) 25° und ist der Durchmesser der Facettenanordnung 1 4 cm, so erhält man bei Anwendung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 mit sieben Spiegelfacetten 6 zwischen nahtlos aufeinander folgenden Gesamt-Abtastlinien eine Totzeit von 1,5°. (Im Falle einer Einfachabtastung würde man bei vergleichbarer Totzeit einen Durch messer der Facettenanordnung von etwa 1 m benötigen.) Allgemein hängt von der Wahl der Winkelbereich α, β, den Durchmessern der einfallen den Lichtbündel 20, 22 und der gewünschten Totzeit die Anzahl der Spiegelfacetten 6 und der Durchmesser der Facettenanordnung 1 ab. Die Berechnung ist ele mentar in iterativer Weise möglich.To give an indication of the dimensions to be considered: If the angle R (half the angle of view of the F- R lenses 12, 14 ) is 25 ° and the diameter of the facet arrangement is 1 4 cm, this gives the result of using the exemplary embodiment of FIG. 1 with seven mirror facets 6 between seamlessly successive total scan a dead time of 1.5 °. (In the case of a single scan, with a comparable dead time, a diameter of the facet arrangement of approximately 1 m would be required.) In general, the choice of the angular range α, β , the diameters of the incident light bundles 20, 22 and the desired dead time depends on the number of mirror facets 6 and the diameter of the facet arrangement 1 . The calculation is possible elementarily in an iterative manner.
Die Ausführungsform nach Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 1 allein dadurch, daß dort die Facettenanordnung 100 acht Spiegelfacetten 106, also eine gerade Anzahl von Spiegelfacetten, aufweist und dementsprechend die F-R-Objektive 112, 114 nicht koaxial liegen, sondern ihnen gesonderte optische Achsen 126 a, 126 b zugeordnet sind. Im übrigen sind zur Erläuterung in Fig. 2 den in Fig. 1 verwendeten Bezugsziffern entsprechende Bezugsziffern, erhöht um 100, eingetragen, zu deren Erläuterung auf die Be schreibung der Ausführungsform nach Fig. 1 verwiesen wird.The embodiment according to FIG. 2 differs from that according to FIG. 1 solely in that the facet arrangement 100 has eight mirror facets 106 , that is to say an even number of mirror facets, and accordingly the F- R objectives 112, 114 are not coaxial, but instead separate optical axes 126 a , 126 b are assigned to them. Incidentally, for the purpose of explanation in FIG. 2, reference numerals corresponding to the reference numerals used in FIG. 1, increased by 100, are entered, for the explanation of which reference is made to the description of the embodiment according to FIG .
In den dargestellten Ausführungsbeispielen weisen die Achsen 26 bzw. 126 a und 126 b zu den Rotations achsen 11 bzw. 111. Das ist zufällig. Tatsächlich sind die Lagen von 26 bzw. 126 a und 126 b in bezug zu den Achsen 11 bzw. 111 abhängig von den Einfalls winkeln der Lichtbündel 20, 22 bzw. 120, 122 auf die Facettenanordnung 1 bzw. 100.In the illustrated exemplary embodiments, the axes 26 and 126 a and 126 b have axes of rotation 11 and 111, respectively. It is random. In fact, the positions of 26 and 126 a and 126 b with respect to axes 11 and 111 are dependent on the angles of incidence of light beams 20, 22 and 120, 122 on facet arrangement 1 and 100, respectively.
Claims (5)
- a) symmetrisch zur Symmetrieachse (11; 111) der Facetten anordnung (1; 100) Umlenkspiegel (16, 18; 116, 118) angeordnet sind, die die von den Facetten (6; 106) auf sie treffenden Lichtbündel (20, 22; 120, 122) auf die Abtastlinie umlenken und deren Breiten in Abtastrichtung die Winkelbereiche (α, β) definieren
- a) symmetrically to the axis of symmetry (11; 111) of the facets arrangement (1; 100) deflecting mirrors (16, 18; 116, are arranged 118) of the facets (6; taken 106) on them light beam (20, 22; 120, 122 ) redirect to the scanning line and their widths define the angular ranges (α, β) in the scanning direction
- b) zwischen den Facetten (6; 106) und den Umlenkspiegeln (16, 18; 116, 118) je ein F-R-Objektiv (12, 14; 112, 114) derart angeordnet ist, daß wenn die optische Achse (26; 126 a, 126 b) des einen F-R-Objektivs (12 bzw. 14; 112 bzw. 114) auf die Mitte der Breite einer Facette (6; 106) gerichtet ist, die optische Achse (26; 126 a, 126 b) des anderen F-R-Objektivs (14 bzw. 12; 114 bzw. 112) auf eine Übergangskante zwischen zwei Facetten (6; 106) gerichtet ist.
- b) an F- R lens ( 12, 14; 112, 114 ) is arranged between the facets ( 6; 106 ) and the deflecting mirrors ( 16, 18; 116, 118 ) such that when the optical axis ( 26; 126 a , 126 b) of the one F- R objective ( 12 or 14; 112 or 114 ) is directed towards the center of the width of a facet ( 6; 106 ), the optical axis ( 26; 126 a , 126 b ) of the other F- R objective ( 14 or 12; 114 or 112 ) is directed towards a transition edge between two facets ( 6; 106 ).
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